Nährsalzabscheidung bei der hydrothermalen Methanierung von Biomasse im Pilotmassstab

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/500789

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Für eine sowohl energetisch als auch stofflich effiziente Nutzung von nassen Biomasse-Abfällen hat das Paul Scherrer Institut (PSI) eine neue Technologie, die hydrothermale Vergasung, entwickelt. Das PSI-Hydromethan-Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass es die katalytische Umwandlung von nassen Biomasse-Abfällen zu Methan (Biogas der zweiten Generation) und eine Rückgewinnung von Nährstoffen in konzentrierter Form erlaubt. Der grosse Vorteil gegenüber der anaeroben Biomassevergärung ist der deutlich höhere Wirkungsgrad von 60-70% und die Eignung für nicht vergärbare Biomassebestandteile.

Schlussbericht (Deutsch)

Das PSI hat ein effizientes Verfahren entwickelt, um aus nasser Biomasse ein methanreiches Gas herzustellen und die Nährstoffe zurückzugewinnen. Das Verfahren arbeitet mit überkritischem Wasser bei ca. 450°C und 280 bar und benötigt einen Katalysator. Die technische Machbarkeit wurde in kontinuierlichen Labor- und Feldversuchen mit diversen Modelllösungen und Algenbiomasse demonstriert. Bei der Skalierung in den industriellen Massstab ergaben sich neue Fragestellungen, welche in Zusammenarbeit mit dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) angegangen wurden. Für eine Pilotkampagne am KIT wurde von PSI, Hydromethan AG und KASAG Langnau AG ein Prototyp eines Salzabscheiders entwickelt, gebaut und in die Anlage am KIT integriert. Zusammen mit den Kollegen am KIT wurde eine Versuchskampagne mit Glyzerin und Gärresten aus einer Biogasanlage unter realistischen Bedingungen gefahren. Der Prozess lief sehr stabil und produzierte ein methanreiches Gas (60 vol% mit Gärresten). Das Prozesswasser enthielt nur noch sehr wenig Organik (218 mg/L). Der eigens für diese Kampagne gebaute und vom BFE finanzierte Salzabscheider-Prototyp war massgeblich für den Erfolg der Versuchskampagne verantwortlich. Damit konnte ein Grossteil der im Gärrest enthaltenen Salze aus dem Prozessstrom vor dem katalytischen Reaktor abgetrennt und ausgeschleust werden. Die Ergebnisse aus diesem Projekt sind ein wichtiger Meilenstein für die Entwicklung des hydrothermalen Verfahrens und ebnen den Weg für die Skalierung auf eine industrielle Anlagengrösse.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Paul Scherrer Institut

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Vogel,Frédéric
Diverse gem. Bericht,

Zugehörige Dokumente

• Nährsalzabscheidung bei der hydrothermalen Methanierung von Biomasse im Pilotmassstab - Schlussbericht [PDF] 950 kB

Schlussbericht (Englisch)

PSI has developed an efficient process for producing a methane-rich gas from wet biomass, while recovering most of the nutrients. This process operates under supercritical water conditions at around 450°C and 280 bars and requires a catalyst. The technical feasibility was demonstrated with continuous lab-scale and field tests using various model solutions and algal biomass. For scaling up this technology new questions arouse, which were tackled in a collaboration with the Karlsruher Institut für Technologie (KIT). For a pilot-scale experimental campaign at KIT, PSI, Hydromethan AG and KASAG Langnau AG have built a prototype of a salt separator that was integrated into KIT’s pilot plant VERENA. In a campaign with colleagues from KIT, a glycerol solution and digestate from a biogas plant were continuously gasified under realistic conditions. The process worked in a very stable fashion and produced a methane-rich gas (60 vol% with the digestate). The process water contained very little organic matter (218 mg/L). The salt separator, custom-made for this campaign and financed by BFE, was key to the success of this campaign. It enabled the removal of most of the salts contained in the digestate from the process stream before the catalytic reactor. The results from this project represent an important milestone in the development of the hydrothermal gasification process and pave the way for scaling it up to an industrial plant size.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Paul Scherrer Institut

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Vogel,Frédéric
Diverse gem. Bericht,

Schlussbericht (Französisch)

Le PSI a mis au point un procédé efficace pour produire un gaz riche en méthane provenant de la biomasse humide, tout en récupérant la plupart des éléments nutritifs. Ce processus fonctionne dans des conditions de l'eau supercritique à environ 450° C et 280 bars et nécessite un catalyseur. La faisabilité technique a été démontrée en laboratoire continu et en champ à l'aide de diverses solutions modèle et d’algues. Monter cette technologie à une grande échelle suscite de nouvelles questions, qui ont été traitées dans une collaboration avec le Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Pour une campagne expérimentale à l'échelle pilote au KIT, PSI, Hydromethan AG et KASAG Langnau AG ont construit un prototype d'un séparateur de sels qui a été intégré à l'installation pilote VERENA du KIT. Pendant une campagne avec des collègues du KIT, une solution de glycérol et des digestats provenant d'une usine de biogaz ont été continuellement gazéifiées dans des conditions réalistes. Le processus a travaillé de façon très stable et a produit un gaz riche en méthane (60 % en volume avec le digestat). L'eau du processus contenait très peu de matière organique (218 mg/L). Le séparateur de sels, fait sur mesure pour cette campagne et financé par l’OFEN, était clé pour la réussite de cette campagne. Il a permis l’élimination de la plupart des sels contenus dans le digestat du flux de processus avant le réacteur catalytique. Les résultats de ce projet représentent un jalon important dans le développement du processus de gazéification hydrothermale et ouvrent la voie à la mise à l'échelle jusqu'à une taille industrielle.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Paul Scherrer Institut

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Vogel,Frédéric
Diverse gem. Bericht,